黑潮洋流-海洋环境与生态研究所.PDF

黑潮洋流(一)-吳朝榮 黑潮簡介 北太平洋環流系統中 ，黑潮是其中最為重要的西方邊界流(圖 1) ，它具有高 溫 、高鹽及高傳輸量等特性 ，由於攜帶大量的熱能 、鹽類及水量由南向北傳輸， 因而對西北太平洋區的氣候以及生地化循環有相當深遠的影響 。黑潮的 源頭是來 自菲律賓東方的北赤道洋流，北赤道洋流東起墨西哥南方約北緯 12度處，向西 流到菲律賓的民答那峨後分為兩支 ，向南的支流稱為民答那峨海流 ，向北的支流 即為黑潮的源頭。黑潮流幅寬約 100~150 公里，影響深度可達 800~1000 公尺左 右 ，表面流速約達 1~1.5 公尺／秒 。黑潮主流向北流經呂宋海峽及台灣的東岸， 在台灣東北遇到東海陸棚後轉向沿著陸棚邊緣向東北方流去 ，流過琉球群島的西 邊及日本九州的東南方 ，在東京灣附近離岸向東流 ，離岸後的黑潮末端匯入北太 平洋洋流。 黑潮當然不會真的呈現墨黑顏色，不過相較於周圍的海水，它的顏色看起 來較偏深藍色 ，這是因為當陽光射入黑潮水後 ，其逐漸被海水所吸收 ，經散射或 反射回水面的光線極少，所以黑潮顏色看起來的較深。事實上，黑潮表層 100 公尺的水幾乎沒有營養鹽或懸浮顆粒 ，是一支相當純淨的海水團 。而沿岸海水因 為懸浮顆粒多 ，反射回水面的白色光較多 所以看起來比較明亮， ，海水會呈淺藍 色或綠色。 圖 1.黑潮示意圖 黑潮研究 一般來說，獲取海域資料的方式大致可分為三大類，現場觀測、遙感探 測、數值模式。現場觀測是使用船隻裝載水文及海流儀器，前往研究海域施 放儀器進行直接測量。其優點在於結果易被接受，缺點是無法涵蓋大範圍以 及作長時間的測量，我們往往只能針對小區域或是固定站點作研究，並無法 同時獲取大區域水文或洋流的資料；遙感探測則是利用衛星或雷達採主動式 或被動式觀測，藉由計算反射波偏移或是測量能量強度來獲知海面水文或海 流狀況。遙感探測具有大面積以及作業化的優點，缺點是僅能測量海水表面 的水文資訊，無法探知三度空間的水文分布情況，不能滿足我們對於海洋環 境資料的需求；而數值模式則是利用海洋動力方程式搭配數值演算方法，可 以提供時間一維、空間三維的海洋水文以及海流模擬資料，但缺點是在未經 實測資料驗證之前，數值模式資料並無法達到一定的可信度，但這項缺點可 以藉由現場觀測的資料驗證來加以克服。 上述所談論的三種方法也同樣反映了海洋研究方法的進程，隨著時代與 科技的演進，電腦科技的突飛猛進，數值模式的發展也隨之進步。優良的海 域數值模擬結果除了可以彌補觀測資料的缺憾，更具有水文環境預報的能 力，這是過去現場觀測所難以望其項背之處。此外由於現場觀測以及遙測資 料可以提供必威体育精装版的海域資料，因此若將其融入數值模式當中，將會大大提高 數值模式模擬的準確度。這種將實測資料與數值模式相互融合的技術，被稱 作資料同化（ data assimilation ）技術。資料同化模式與傳統模式最主要的分 別，在於前者將實測資料與數值模式作整合，求得最佳化的海域模擬結果。 目前對於台灣附近黑潮海域我們已經運用數個數值模式方法進行了研 究。採用的是美國普林斯頓大學所開發的海洋數值模式 POM （Princeton Ocean Model ），以其作為基礎，並且使用真實的海底地形來模擬黑潮。數值 模式水平解析度由低到高是從 1/8度到 1/20度，垂直方向採用地形順應式 （terrain-following ）的σ座標，並分成26個σ層。模式當中皆使用真實海 底地形，並且具有自由表面，是三維的溫度、鹽度、動量原始方程式數值模 式。模式的範圍依照設計的差異而有所不同，但是所有的模式至少都包含了 台灣島、台灣海峽、呂宋海峽和黑潮 圖( 2) 。所有的模式都是從1999 年 1月 1日開始驅動 ，初始溫鹽場是採用美國 NODC的溫鹽資料 ，外部驅力海洋表 面風場採用的是美國氣象局 (NCEP)風場 ，模式由靜止開始積分 。以下將分成 東海陸棚海域 、台灣東北角海域 、台灣東部黑潮海域 、呂宋海峽等海域來說 明黑潮洋流的特徵。 圖 2. 模式區域範圍